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韩人造太阳首次达到1亿度引领全球核聚变技术发展

崔俊豪 许正源 记者 | 2019.02.14 09:56写信给编辑
被称做韩国“人造太阳”的KSTAR首次实现1亿摄氏度的超高温运行,使韩国距离核聚变发电更近了一步。韩国国家核聚变研究所2月13日宣布称,用来研究核聚变发电的设备KSTAR使用超导托卡马克,在全世界首次将等离子体中心离子温度在1亿度以上保持了1.5秒。

韩国国家核聚变研究所长刘锡才(音)表示,“只有等离子体的温度超过1亿度才能进行最为活跃的核聚变反应,这次引起核聚变反应的离子温度超过1亿度”,“这是全世界第一次使用超导托卡马克核聚变设备达成这一温度”。

核聚变发电通过将氢气变成1亿度以上的超高温等离子体,引起核聚变,利用在此过程中产生的巨大能源烧水,并通过涡轮机旋转进行发电。这种发电方式与太阳的原理相似,因此又被称为“人造太阳”,但由于地球的重力远小于太阳,若想在地球上引起核聚变反应,就必须长时间保持等离子体的高温、高密度状态,将其保持在太阳中心温度(1500万度)的七倍,也就是1亿度以上。氘和氚等发电原料可以从海水中获得,与传统的核能发电相比,这种发电方式几乎不会产生放射性物质。如果氢原料的供应中断,核聚变反应立刻就会停止,也不存在爆炸危险,因此也被叫做“梦幻未来能源”。

图为韩国核聚变研究设备(KSTAR)等离子体离子温度在全球首次达到1亿度以上时的场面。

超导托卡马克是利用磁场约束实现等离子体的最新核聚变设备。韩国、美国、中国、日本、欧盟(EU)、俄罗斯、印度等七国正合作在法国南部建造的国际热核聚变实验堆 (ITER)和中国的EAST等近年建成的核聚变反应堆都使用了超导托卡马克。

ITER计划在2025年竣工,同时启动第一束等离子体,2035年实现热功率500兆瓦的核聚变进入全负荷运转阶段。核聚变专家们预计,如果研究进展顺利,2050年左右,各主要国家就可以将核聚变技术用于商用发电。

韩国国家核聚变研究所计划今年再引进一台中性束注入器 (NBI),争取将温度超过1亿度的超高温等离子体状态稳定保持10秒以上。刘所长说,“如果能过在年底前后达成目标,韩国的核聚变技术将把所有国家都远远甩在身后”,“KSTAR的最终目标是将1亿度以上的超高温等离子体保持300秒”。

事实上,这并非人类第一次将核聚变等离子体温度加热到1亿度以上。中国科学院等离子体研究所去年11月曾宣布,中国核聚变设备EAST温度首次达到了1亿度。但据韩国国家核聚变研究所介绍,中国这次只是将核聚变的非核心元素——电子的温度达到了1亿度以上。过去日美等国也曾产生核聚变所需要的等离子体,并保持了3秒以上,但当时用的不是超导托卡马克,而是铜 电磁铁 托卡马克,因而无法取得进一步的研究成果。

在核聚变发电研究领域,韩国的最大竞争对手是中国。中国除了实现电子温度突破1亿度的纪录,还在2017年6月在全球首次将温度超过5000万度的超高温等离子状态保持了100秒以上。



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